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RT-Thread学习笔记（三）

news 来源：原创 2025/7/21 6:12:25

RT-Thread学习笔记

时钟管理
- 时钟节拍
- 获取系统节拍
- 定时器
- 系统定时器初始化
- 定时器工作机制
- 动态创建定时器
- 静态创建定时器
- 定时器控制
- 高精度延时函数

时钟管理

操作系统需要通过时间来规范其任务

时钟节拍

任何操作系统都需要提供一个时钟节拍，以供系统处理所有和时间有关的事件，如线程的延时、线程的时间片轮转调度以及定时器超时等。

RT-Thread 中，时钟节拍的长度可以根据 RT_TICK_PER_SECOND 的定义来调整。 RT_TICK_PER_SECOND 称为 系统节拍频率（System Tick Frequency），也叫：每秒节拍数 / 每秒系统滴答数

rtconfig.h 是 RT-Thread 系统配置头文件，用于控制内核功能、组件、驱动和中间件是否启用的开关配置。它相当于整个RT-Thread 工程的“功能开关总控台”。
✅ 主要作用

系统的节拍是1000Hz，即 1/100=1ms 一个节拍

在这里插入图片描述
时钟节拍数的原理是用了一个硬件的滴答定时器（SysTick），调用系统滴答定时器中断处理函数（每1ms触发一次systick定时器中断），用来进行计数。

SysTick（系统定时器）是 ARM Cortex-M 内核内置的一个简单、专用的 24 位倒计时定时器，用于提供系统时基（如 1ms），通常用来驱动 RTOS 的节拍中断（tick）。

每1ms触发一次systick定时器中断后就会执行SysTick_Handler()函数，即回调函数，进行相应操作

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SysTick_Handler()回调函数里调用了rt_tick_increase()函数

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rt_tick_increase()函数每一次都对 rt_tick 加1

rt_tick 是一个静态全局变量，在初始化的时候是为0

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获取系统节拍

使用 rt_tick_t rt_tick_get(void) 函数，函数的返回值是计数值的值

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系统默认1ms，tick加1，延时500ms，也确实每次打印都是加500

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将系统节拍频率改为1000，即10000Hz，tick每 100us 加1

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编译会有警告，但是只是看一下现象

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确实是大约每次加1000

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改为100Hz

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但是一般情况下是不去修改这个系统节拍频率的，只是为了看现象，因为系统各个模块都需要以这个为基准，所以很重要，不轻易修改

定时器

定时器，是指从指定的时刻开始，经过一定的指定时间后触发一个事件,定时器有硬件定时器和软件定时器之分。

硬件定时器： 芯片本身提供的定时功能。一般是由外部晶振提供给芯片输入时钟，芯片向软件模块提供一组配置寄存器，接受控制输入，到达设定时间值后芯片中断控制器产生时钟中断。硬件定时器的精度一般很高，可以达到纳秒级别，并且是中断触发方式。硬件定时器就是在使用裸机开发时使用到的基本定时器、通用定时器和高级定时器。

软件定时器： 由操作系统提供的一类系统接口，它构建在硬件定时器基础之上，使系统能够提供不受数目限制的定时器服务。RT-Thread操作系统提供软件实现的定时器，以时钟节拍（OS Tick）的时间长度为单位，即定时数值必须是OS Tick的整数倍。

RT-Thread的定时器提供两类定时器机制：单次触发和周期触发

✅ 区别对比：

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根据定时器超时函数执行时所处的上下文环境，RT-Thread的定时器可以分为HARD_TIMER模式和SOFT_TIMER模式。

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🌩️ 硬定时器（Hard Timer）
定时器超时后，直接在中断中调用回调函数
响应速度快、精度高
不能使用可能引起调度的操作（例如 rt_sem_take()、rt_thread_delay()）
✅ 适用场景：时间精度要求高、执行逻辑简单的任务
⚠️ 注意事项：不能调用阻塞函数或复杂逻辑
例如在中断上下文中执行的超时函数它不应该试图去申请动态内存、释放动态内存等

🧵 软定时器（Soft Timer）
定时器回调是由一个后台线程（timer thread）在线程上下文中执行
可以使用 RTOS 的全部功能，如信号量、消息队列、动态内存等
✅ 适用场景：回调函数里需要调度、操作 RTOS 对象的场合
⚠️ 注意事项：精度略低，取决于 RT_TIMER_THREAD_PRIO 线程调度
该模式被启用后，系统会在初始化时创建一个 timer 线程，然后SOFT_TIMER 模式的定时器超时函数在都会在timer线程的上下文环境中执行

系统定时器初始化

系统定时器初始化函数在启动函数中

启动函数有两个 rt_thread_startup() 和 rtthread_startup()

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✅ rt_thread_startup()
作用：启动一个单独线程

✅ rtthread_startup()
作用：启动整个 RT-Thread 内核系统
一般在 main() 或 boot 初始化里调用一次
含义类似 RT-Thread 的“入口函数”

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rt_list_init() 是 RT-Thread 中用于初始化一个内核链表节点的函数。这个链表叫做“内核双向链表（rt_list_t）”，是 RT-Thread 里非常核心的数据结构，用于管理各种系统资源，比如线程、定时器、等待队列等。

✅ rt_list_t 是什么？

struct rt_list_node
{struct rt_list_node *next; // 指向下一个节点struct rt_list_node *prev; // 指向上一个节点
};

这是一个双向循环链表节点结构，RT-Thread 用它来组成各种对象的“队列”或“链表”。

✅ rt_list_init() 干什么用？

void rt_list_init(struct rt_list_node *l)
{l->next = l;l->prev = l;
}

💡 初始化后，该节点既是头，也是尾。可以开始往里插入元素。

📦 链表（List）在 RT-Thread 中有什么用？
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由上面可知，在系统初始化时就把硬件定时器和软件定时器都初始化好了，也给用户应用层提供了相应的操作接口去操作定时器，上面的作为了解

定时器工作机制

在 RT-Thread 定时器模块中维护着两个重要的全局变量：

当前系统经过的 tick 时间 rt_tick（当硬件定时器中断来临时，它将加 1）
定时器链表 rt_timer_list。系统新创建并激活的定时器都会按照以超时时间排序的方式插入到rt_timer_list 链表中。

如下图所示，系统当前tick值为20，在当前系统中已经创建并启动了三个定时器，分别是定时时间为50个tick的Timer1、100个tick的Timer2和500个tick的Timer3，这三个定时器分别加上系统当前时间 rt_tick=20，从小到大排序链接在 rt_timer_list 链表中，形成如图所示的定时器链表结构。

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而 rt_tick 随着硬件定时器的触发一直在增长（每一次硬件定时器中断来临，rt_tick 变量会加 1），50个tick以后，rt_tick从20增长到70，与Timer1的timeout值相等，这时会触发与Timer1定时器相关联的超时函数，同时将Timer1从rt_timer_list链表上删除。同理，100个tick和500个tick过去后，与Timer2 和 Timer3 定时器相关联的超时函数会被触发，接着将 Time2 和 Timer3 定时器从 rt_timer_list链表中删除。
如果系统当前定时器状态在 10 个 tick 以后（rt_tick=30）有一个任务新创建了一个 tick 值为 300 的Timer4定时器，由于Timer4定时器的timeout=rt_tick+300=330,因此它将被插入到Timer2和Timer3定时器中间，形成如下图所示链表结构：
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因为上面说到定时器分为两种，一种是单次触发，另一种是周期触发的

如果是周期触发的定时器，假设此时tick为20，timeout设置为10，那么当tick为30时会触发该定时器，并把它移除出链表中，然后timeout+10，再次添加进链表中，以此周期循环

动态创建定时器

动态创建定时器函数

rt_timer_t rt_timer_create(const char *name,void (*timeout)(void *parameter),void       *parameter,rt_tick_t   time,rt_uint8_t  flag)

第一个参数是定时器的名字
第二个参数是一个函数指针，即超时函数，定时时间到了要去处理的超时事件，通过回调这个超时函数
第三个参数是传递给超时函数的参数
第四个参数是超时的时间
第五个参数是flag

#define RT_TIMER_FLAG_DEACTIVATED       0x0             /**< timer is deactive */
#define RT_TIMER_FLAG_ACTIVATED         0x1             /**< timer is active */
#define RT_TIMER_FLAG_ONE_SHOT          0x0             /**< one shot timer */
#define RT_TIMER_FLAG_PERIODIC          0x2             /**< periodic timer */#define RT_TIMER_FLAG_HARD_TIMER        0x0             /**< hard timer,the timer's callback function will be called in tick isr. */

返回值是 rt_timer_t

/*** timer structure*/
struct rt_timer
{struct rt_object parent;                            /**< inherit from rt_object */rt_list_t        row[RT_TIMER_SKIP_LIST_LEVEL];void (*timeout_func)(void *parameter);              /**< timeout function */void            *parameter;                         /**< timeout function's parameter */rt_tick_t        init_tick;                         /**< timer timeout tick */rt_tick_t        timeout_tick;                      /**< timeout tick */
};
typedef struct rt_timer *rt_timer_t;

定时器删除函数

rt_err_t rt_timer_delete(rt_timer_t timer)

传入参数就是动态创建的定时器，返回值是错误码

#include <rtthread.h>#define DBG_TAG "main"
#define DBG_LVL DBG_LOG
#include <rtdbg.h>rt_timer_t tm1;//定义一个参数用于接收创建定时器后的返回值void time1out_callback(void *parameter)//创建一个回调函数
{}int main(void)
{tm1 = rt_timer_create("tm1_demo", time1out_callback, NULL, 3000, \RT_TIMER_FLAG_PERIODIC | RT_TIMER_FLAG_SOFT_TIMER );//创建一个软件定时器，周期触发模式if(tm1 == RT_NULL)//如果创建失败{LOG_E("rt_timer_create failed...\n");return -RT_ENOMEM;}LOG_D("rt_timer_create successed...\n");//如果创建成功return RT_EOK;
}

在终端用list_timer查看定时器线程，可以看到成功创建了一个软件定时器，但是还没有启动，超时时间为0

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使用函数rt_err_t rt_timer_start(rt_timer_t timer)启动定时器

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请添加图片描述

再次查看定时器状态，也已经是启动状态

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静态创建定时器

使用的函数

void rt_timer_init(rt_timer_t  timer,const char *name,void (*timeout)(void *parameter),void       *parameter,rt_tick_t   time,rt_uint8_t  flag)

函数没有返回值，第一个参数是定时器句柄，即要定义一个rt_timer_t类型的结构体变量，然后传入，第二个参数是定时器的名字，第三个参数是超时的回调函数，第四个参数是传给回调函数的参数，第五个参数是超时时间，第六个参数是flag，与动态创建不同的是是否需要我们自己手动申请内存

对应的脱离函数

rt_err_t rt_timer_detach(rt_timer_t timer)

即将静态初始化的定时器从链表中移除

#include <rtthread.h>#define DBG_TAG "main"
#define DBG_LVL DBG_LOG
#include <rtdbg.h>rt_timer_t tm1;//定义一个参数用于接收创建定时器后的返回值struct rt_timer tm2;//定义一个结构体，用于静态创建定时器void time1out_callback(void *parameter)//创建一个回调函数
{rt_kprintf("tm1 running...\n");//3s打印一次
}void time2out_callback(void *parameter)//静态定时器回调函数
{rt_kprintf("tm2 running...\n");//3s打印一次
}int main(void)
{//动态创建tm1 = rt_timer_create("tm1_demo", time1out_callback, NULL, 3000, \RT_TIMER_FLAG_PERIODIC | RT_TIMER_FLAG_SOFT_TIMER );//创建一个软件定时器，周期触发模式if(tm1 == RT_NULL)//如果创建失败{LOG_E("rt_timer_create failed...\n");return -RT_ENOMEM;}LOG_D("rt_timer_create successed...\n");//如果创建成功rt_timer_start(tm1);//启动定时器//静态创建rt_timer_init(&tm2, "tm2_demo", time2out_callback, NULL, 3000, \RT_TIMER_FLAG_PERIODIC | RT_TIMER_FLAG_SOFT_TIMER);rt_timer_start(&tm2);//启动定时器，传入的是地址return RT_EOK;
}

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定时器控制

让定时器停止，与启动函数一般是成对出现

rt_err_t rt_timer_stop(rt_timer_t timer)

控制定时器

rt_err_t rt_timer_control(rt_timer_t timer, int cmd, void *arg)//cmd
#define RT_TIMER_CTRL_SET_TIME          0x0             /**< set timer control command */
#define RT_TIMER_CTRL_GET_TIME          0x1             /**< get timer control command */
#define RT_TIMER_CTRL_SET_ONESHOT       0x2             /**< change timer to one shot */
#define RT_TIMER_CTRL_SET_PERIODIC      0x3             /**< change timer to periodic */
#define RT_TIMER_CTRL_GET_STATE         0x4             /**< get timer run state active or deactive*/
#define RT_TIMER_CTRL_GET_REMAIN_TIME   0x5             /**< get the remaining hang time */

在定时器2的回调函数中修改定时器2的超时时间，从3s变为1s，并打印系统tick时间，方便观察

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可以看到第一次打印时间是3s后，后面的都为1s打印一次

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让定时器2触发5次后，改为单次触发

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在循环触发5次后，定时器2再触发

请添加图片描述

触发模式也确实变成了单次触发

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高精度延时函数

注意：这个函数只支持低于1个OS Tick的延时，否则SysTick会出现溢出而不能够获得指定的延时时间

即该函数只适用于延时低于一个系统tick，即低于1ms时使用，此函数是us级别的

void rt_hw_us_delay(rt_uint32_t us)

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时钟节拍

获取系统节拍

定时器

系统定时器初始化

定时器工作机制

动态创建定时器

静态创建定时器

定时器控制

高精度延时函数

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